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Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 1 DIAGRAMA DE FASE Fe-Fe 3 C.

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1 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 1 DIAGRAMA DE FASE Fe-Fe 3 C

2 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 2 DIAGRAMA DE FASE Fe-Fe 3 C TRANSFORMAÇÃO ALOTRÓPICA +Fe 3 C +l l+Fe 3 C +Fe 3 C CCC CFC CCC + +l As fases, e são soluções sólidas com Carbono intersticial

3 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 3 DIAGRAMA DE FASE Fe-Fe 3 C TRANSFORMAÇÔES +l l+Fe 3 C +l PERITÉTICA +l EUTÉTICA l +Fe 3 C EUTETÓIDE +Fe 3 C AÇO FOFO

4 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 4 FERRO PURO b FERRO = FERRITA b FERRO = AUSTENITA b FERRO = FERRITA b FERRO = FERRITA b TF= 1534 C b As fases, e são soluções sólidas com Carbono intersticial cfc ccc

5 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 5 Ferro Puro /Formas Alotrópicas FERRO = FERRITA b Estrutura= ccc b Temperatura existência= até 912 C b Fase Magnética até 768 C (temperatura de Curie) b Solubilidade máx do Carbono= 0,02% a 727 C FERRO = AUSTENITA b Estrutura= cfc (tem + posições intersticiais) b Temperatura existência= C b Fase Não-Magnética b Solubilidade máx do Carbono= 2,14% a 1148 C

6 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 6 Ferro Puro /Formas Alotrópicas FERRITAAUSTENITA

7 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 7 Ferro Puro /Formas Alotrópicas FERRO = FERRITA FERRO = FERRITA b Estrutura= ccc b Temperatura existência= acima de 1394 C b Fase Não-Magnética b É a mesma que a ferrita b É a mesma que a ferrita b Como é estável somente a altas temperaturas não apresenta interesse comercial

8 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 8 Sistema Fe-Fe 3 C b Ferro Puro= até 0,02% de Carbono b Aço= 0,02 até 2,06% de Carbono b Ferro Fundido= 2,1-4,5% de Carbono b Fe 3 C (CEMENTITA)= Forma-se quando o limite de solubilidade do carbono é ultrapassado (6,7% de C)

9 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 9 CEMENTITA (Fe 3 C) b Forma-se quando o limite de solubilidade do carbono é ultrapassado (6,7% de C) b É dura e frágil b é um composto intermetálico metaestável, embora a velocidade de decomposição em ferro e C seja muito lenta b A adição de Si acelera a decomposição da cementita para formar grafita

10 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 10 PONTOS IMPORTANTES DO SISTEMA Fe-Fe 3 C (EUTÉTICO) b LIGA EUTÉTICA: corresponde à liga de mais baixo de fusão Líquido FASE ( austenita) + cementita - Temperatura= 1148 C - Teor de Carbono= 4,3% b As ligas de Ferro fundido de 2,1-4,3% de C são chamadas de ligas hipoeutéticas b As ligas de Ferro fundido acima de 4,3% de C são chamadas de ligas hipereutéticas

11 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 11 PONTOS IMPORTANTES DO SISTEMA Fe-Fe 3 C (EUTETÓIDE) b LIGA EUTETÓIDE corresponde à liga de mais baixa temperatura de transformação sólida AustenitaFASE (FERRITA) + Cementita - Temperatura= 725 C - Teor de Carbono= 0,8 % b Aços com 0,02-0,8% de C são chamadas de aços hipoeutetóide b Aços com 0,8-2,1% de C são chamadas de aços hipereutetóides

12 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 12 MICROESTRUTURAS / EUTETÓIDE Supondo resfriamento lento para manter o equilíbrio b É similar ao eutético Consiste de lamelas alternadas de fase (ferrita) e Fe 3 C (cementita) chamada de PERLITA b FERRITA lamelas + espessas e claras b CEMENTITA lamelas + finas e escuras b Propriedades mecânicas da perlita intermediária entre ferrita (mole e dúctil) e cementita (dura e frágil)intermediária entre ferrita (mole e dúctil) e cementita (dura e frágil)

13 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 13 MICROESTRUTURAS / EUTETÓIDE

14 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 14 MICROESTRUTURAS /HIPOEUTETÓIDE Supondo resfriamento lento para manter o equilíbrio b Teor de Carbono = 0,002- 0,8 % b Estrutura Ferrita + Perlita Ferrita + Perlita b As quantidades de ferrita e perlita variam conforme a % de carbono e podem ser determinadas pela regra das alavancas % de carbono e podem ser determinadas pela regra das alavancas b Partes claras pró eutetóide ferrita

15 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 15 MICROESTRUTURAS /HIPEREUTETÓIDE Supondo resfriamento lento para manter o equilíbrio b Teor de Carbono = 0,8-2,06 % b Estrutura cementita+ Perlita b As quantidades de cementita e perlita variam conforme a % de carbono e podem ser determinadas pela regra das alavancas b Partes claras pró eutetóide cementita

16 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 16 MICROESTRUTURAS /EUTETÓIDE Supondo resfriamento fora do equilíbrio EFEITOS DO NÃO-EQUILÍBRIO b Ocorrências de fases ou transformações em temperaturas diferentes daquela prevista no diagrama b Existência a temperatura ambiente de fases que não aparecem no diagrama b Cinética das transformações equação de Arrhenius: r=A exp -Q/RT equação de Arrhenius: r=A exp -Q/RT

17 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 17 TRANSFORMAÇÕES DE FASE COM DIFUSÃO o o Sem variação no número e composição de fases Ex: solidificação metal puro e transformação alotrópica o o Com variação no número e composição de fases Ex: Transformação eutética, eutetóide... SEM DIFUSÃO o o Ocorre com formação de fase metaestável Ex: transformação martensítica A maioria das transformações de fase no estado sólido não ocorre instantaneamente, ou seja, são dependentes do tempo

18 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 18 CURVAS TTT b As curvas TTT estabelecem a temperatura e o tempo em que ocorre uma determinada transformação b Só tem validade para transformações a temperatura constante

19 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 19 CURVAS TTT início final

20 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 20 CURVAS TTT Temperatura de austenitização +Fe 3 C Perlita - Como a martensita não envolve difusão, a sua formação ocorre instantaneamente (independente do tempo, por isso na curva TTT a mesma corresponde a uma reta). Martensita

21 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 21 CURVAS TTT MICROESTRUTURAS /EUTETÓIDE/DUREZA Perlita grossa ~86-97HR B Perlita fina ~20-30HR C Troostita ~30-40HR C Bainita superior ~40-45 HR C Bainita inferior~50-60 HR C Martensita HR C

22 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 22 RESFRIAMENTO A TEMPERATURA CONSTANTE

23 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 23 CURVAS TTT /RESFRIAMENTO CONTÍNUO MICROESTRUTURAS /EUTETÓIDE A (FORNO)= Perlita grossa B (AR)= Perlita + fina (+ dura que a anterior) C(AR SOPRADO)= Perlita + fina que a anterior D (ÓLEO)= Perlita + martensita E (ÁGUA)= Martensita No resfriamento contínuo, as curvas TTT deslocam-se um pouco para a direita e para baixo

24 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 24 CURVAS TTT MICROESTRUTURAS /HIPOEUTETÓIDE E HIPEREUTETÓIDE 0,35% C0,9 %C +Fe 3 C A1 A3 Acm HIPOHIPER

25 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 25 MICROESTRUTURAS b MARTENSITA - A martensita se forma quando o resfriamento for rápido o suficiente de forma a evitar a difusão do carbono, ficando o mesmo retido em solução. Como conseqüência disso, ocorre a transformação polimórfica mostrada ao lado. - Como a martensita não envolve difusão, a sua formação ocorre instantaneamente (independente do tempo). Cúbico de face centrada AUSTENITA MARTENSITA TRANSFORMAÇÃO ALOTRÓPICA COM AUMENTO DE VOLUME, que leva à concentração de tensões

26 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 26 MICROESTRUTURAS b MARTENSITA - É uma solução sólida supersaturada de carbono (não se forma por difusão) -Microestrutura em forma de agulhas - É dura e frágil (dureza: Rc) - Tem estrutura tetragonal cúbica (é uma fase metaestável, por isso não aparece no diagrama) Na martensita todo o carbono permanece intersticial, formando uma solução sólida de de Ferro supersaturada com Carbono, que é capaz transformar-se em outras estruturas, por difusão, quando aquecida. b MARTENSITA REVENIDA - É obtida pelo reaquecimento da martensita (fase alfa + cementita) - A dureza cai - Os carbonetos precipitam - Forma de agulhas escuras

27 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 27 MARTENSITA (dureza: Rc) Martensita nos aços Martensita no titânio A transf. Martensítica ocorre c/ aumento de volume

28 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 28 MARTENSITA REVENIDA

29 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 29 Fotomicrografia de uma liga de memória de forma (69%Cu-26%Zn-5%Al), mostrando as agulhas de martensita numa matriz de austenita

30 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 30 PERLITA PERLITA Perlita fina: Rc Perlita grossa: R B FERRITA

31 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 31 MICROESTRUTURAS b BAINITA - Ocorre a uma temperatura inferior a do joelho - Forma de agulhas, contendo ferrita e cementita, que só podem ser vista com microscópio eletrônico Dureza: bainita superior Rc e bainita acidular Rc b ESFEROIDITA - É obtida pelo reaquecimento (abaixo do eutetóide) da perlita ou bainita, durante um tempo bastante longo b TROOSTITA - os carbonetos precipitam de forma globular (forma escura) - Tem baixa dureza (30-40 Rc)

32 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 32 Microestrutura da Bainita contendo finíssimas agulhas das fases Microestrutura da Bainita contendo finíssimas agulhas das fases

33 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 33 TRANSFORMAÇÕES AUSTENITA Perlita ( + Fe 3 C) + a fase próeutetóide Bainita ( + Fe 3 C) Martensita (fase tetragonal) Martensita Revenida ( + Fe 3 C) Ferrita ou cementita Resf. lento Resf. moderado Resf. Rápido (Têmpera) reaquecimento

34 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 34 FATORES QUE AFETAM A POSIÇÃO DAS CURVAS TTT b Teor de carbono b Tamanho do grão da austenita b Composição química (elementos de liga)

35 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 35 TEOR DE CARBONO b Quanto menor o teor de carbono (abaixo do eutetóide) mais difícil de se obter estrutura martensítica

36 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 36 COMPOSIÇÃO QUÍMICA/ELEMENTOS DE LIGA Quanto maior o teor e o número dos elementos de liga, mais numerosas e complexas são as reações Todos os elementos de liga (exceto o Cobalto) deslocam as curvas para a direita, retardando as transformações Facilitam a formação da martensita *** Conseqüência: em determinados aços pode-se obter martensita mesmo com resfriamento lento

37 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 37 EFEITO DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA/ELEMENTOS DE LIGA NAS CURVAS TTT AISI 1335 AISI 5140 Mesmo teor de carbono mas com diferentes elementos de liga

38 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 38 COMPOSIÇÃO QUÍMICA/ELEMENTOS DE LIGA AISI 4340 neste aço é possível obter bainita por resfriamento contínuo

39 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 39 COMPOSIÇÃO QUÍMICA/ELEMENTOS DE LIGA AISI 1321 cementado as linhas Mi e Mf são abaixadas. b Neste aço a formação da martensita não se finaliza, levando a se ter austenita residual a temperatura ambiente.

40 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 40 TAMANHO DE GRÃO DA AUSTENITA Quanto maior o tamanho de grão mais para a direita deslocam-se as curvas TTT Tamanho de grão grande dificulta a formação da perlita, já que a mesma inicia-se no contorno de grão Então, tamanho de grão grande favorece a formação da martensita

41 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 41 TAMANHO DE GRÃO DA AUSTENITA No entanto deve-se evitar tamanho de grão da austenita muito grande porque: b Diminui a tenacidade b Gera tensões residuais b É mais fácil de empenar b É mais fácil de ocorrer fissuras

42 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 42 HOMOGENEIDADE DA AUSTENITA Quanto homogênea a austenita mais para a direita deslocam-se as curvas TTT Os carbonetos residuais ou regiões ricas em C atuam como núcleos para a formação da perlita Então, uma maior homogeneidade favorece a formação da martensita

43 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 43 TRATAMENTOS TÉRMICOS E CONTROLE DA MICROESTRUTURA b Finalidade: Alterar as microestruturas e como consequência as propriedades mecânicas das ligas metálicas

44 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 44 OBJETIVOS DOS TRATAMENTOS TÉRMICOS - Remoção de tensões internas - Aumento ou diminuição da dureza - Aumento da resistência mecânica - Melhora da ductilidade - Melhora da usinabilidade - Melhora da resistência ao desgaste - Melhora da resistência à corrosão - Melhora da resistência ao calor - Melhora das propriedades elétricas e magnéticas

45 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 45 Influência da temperatura nos Tratamentos Térmicos b Geralmente o aquecimento é feito acima da linha crítica (A1 no diagrama de fases Fe- Fe 3 C) A austenita é geralmente o ponto de partida para as transformações posteriores desejadas A austenita é geralmente o ponto de partida para as transformações posteriores desejadas

46 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 46 Influência da temperatura nos Tratamentos Térmicos b Quanto mais alta a temperatura acima da linha crítica (A1 no diagrama de fases Fe- Fe 3 C): maior a segurança da completa dissolução das fases na austenita maior a segurança da completa dissolução das fases na austenita maior será o tamanho de grão da maior será o tamanho de grão da austenita (* não é bom)

47 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 47 Influência do Tempo nos Tratamentos Térmicos b Quanto maior o tempo na temperatura de austenitização: maior a segurança da completa dissolução das fases na austenita maior a segurança da completa dissolução das fases na austenita maior será o tamanho de grão da austenita (*não é bom) maior será o tamanho de grão da austenita (*não é bom) b Tempos longos facilitam a oxidação e a descarbonetação

48 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 48 Influência do Resfriamento nos Tratamentos Térmicos Influência do Resfriamento nos Tratamentos Térmicos b É o mais importante porque é ele que efetivamente determinará a microestrutura, além da composição do aço (teor de Carbono e elementos de liga)

49 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 49 Principais Tratamentos Térmicos Tratamentos Térmicos Recozimento Normalização Tempera e Revenido Esferoidização ou Coalescimento Total ou Pleno Isotérmico Alívio de tensões Recristalização

50 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 50 RECOZIMENTO b Objetivos: - Remoção de tensões internas devido aos tratamentos mecânicos - Diminuir a dureza para melhorar a usinabilidade - Alterar as propriedades mecânicas como a resistência e ductilidade - Ajustar o tamanho de grão - Melhorar as propriedades elétricas e magnéticas - Produzir uma microestrutura definida

51 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 51 NORMALIZAÇÃO Objetivos: Refinar o grão Refinar o grão Melhorar a uniformidade da microestrutra Melhorar a uniformidade da microestrutra *** É usada antes da têmpera e revenido

52 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 52 TÊMPERA E REVENIDO Objetivos: Obter estrutura matensítica que promove: Obter estrutura matensítica que promove: - Aumento na dureza - Aumento na resistência à tração - redução na tenacidade *** A têmpera gera tensões deve-se fazer revenido posteriormente

53 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 53 REVENIDO *** Sempre acompanha a têmpera Objetivos: - Alivia ou remove tensões - Corrige a dureza e a fragilidade, aumentando a dureza e a tenacidade

54 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 54 ESFEROIDIZAÇÃO OU COALESCIMENTO b Objetivo Produção de uma estrutura globular ou esferoidal de carbonetos no aço melhora a usinabilidade, especialmente dos aços alto carbono melhora a usinabilidade, especialmente dos aços alto carbono facilita a deformação a frio facilita a deformação a frio

55 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 55 Tratamentos Térmicos Recozimento Total ou Pleno Recozimento Isotérmico Normalização Tempera e Revenido Resfriamento Lento (dentro do forno) Resfriamento ao ar

56 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 56 OUTROS TRATAMENTOS TÉRMICOS TRATAMENTO SUB-ZERO Alguns tipos de aço, especialmente os alta liga, não conseguem finalizar a transformação de austenita em martensita. O tratamento consiste no resfriamento do aço a temperaturas abaixo da ambiente Ex: Nitrogênio líquido: -170oC Nitrogênio + álcool: -70oC

57 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 57 OUTROS TRATAMENTOS TÉRMICOS MARTEMPERA E AUSTEMPERA alternativas para evitar distorções e trincas


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